Java位运算实现加减乘除四则运算
本文是继《一文了解有趣的位运算》的第二篇文章.
我们知道,计算机最基本的操作单元是字节(byte),一个字节由8个位(bit)组成,一个位只能存储一个0或1,其实也就是高低电平。无论多么复杂的逻辑、庞大的数据、酷炫的界面,最终体现在计算机最底层都只是对0101的存储和运算。因此,了解位运算有助于提升我们对计算机底层操作原理的理解。
一、加法
两个二进制数异或运算的结果是不考虑进位时的结果,
两个二进制数与运算的结果中含有1的位是有进位的位。
以0101 + 0001 = 0110
为例分析如下:
//计算 0101 + 0001
0101 ^ 0001 = 0100 //异或结果表明,如果不考虑进位,那么结果为0100
0101 & 0001 = 0001 //与运算结果表明,最低位需要向次低位进1
0001 << 1 = 0010 //与运算结果左移一位,将进位加到高位上
//递归计算 0100 + 0010,直到+号右侧数字为0
java代码:
递归
public static int add(int a, int b) {
if (b == 0) {
return a;
} else {
return add(a ^ b, (a & b) << 1);
}
}
循环
public static int add2(int a, int b) {
int sum = a;
while (b != 0) {
sum = a ^ b;
b = (a & b) << 1;
a = sum;
}
return sum;
}
二、减法
与加法的思路一致,只不过减去一个数等于加一个数的相反数。
例如:5-1 = 5+(-1)。所以,我们只需要求出被减数的相反数即可。
如何求出一个数的相反数?
计算机中存储的是二进制的补码形式,正数的补码与原码相同,负数的补码为对该数的原码除符号位外各位取反,然后在最后一位加1。
例如:
1在计算机中的二进制表示为:0000 0001
-1在计算机中的二进制表示为:1111 1111
计算过程为:
-1的原码:1000 0001
-1的反码:1111 1110
-1的补码:1111 1111
其中,由1的原码(0000 0001)取反可得-1的反码(1111 1110)
总结,一个数的相反数的求法就是该数每一位取反,末位加一。
java代码:
public static int minus(int a, int b) {
return add(a, add(~b, 1));
}
三、乘法
如果没有思路,可以先在纸上笔算二进制乘法的过程:
0101 a
× 0110 b
----------------
0000
0101
0101
+ 0000
----------------
00011110
梳理下笔算二进制乘法的过程:
初始化乘积结果为0,依次遍历数字b的末位 0→1→1→0,当末位为0时,乘积结果加上0,也就是乘积不变,A左移一位;当末位为1时,乘积结果加上A,A再左移一位。
如何遍历数字b的末位呢?
根据前面所学,我们可以使用与运算取一个数的末位,并不断右移数字b,直到数字b==0,即可结束位移。
需要注意的是正负数的符号问题,此处是先对a、b两数的绝对值计算其乘积,最后再确定其符号。
java代码为:
public static int multiply(int a, int b) {
//将乘数和被乘数都取绝对值
int A = a < 0 ? add(~a, 1) : a;
int B = b < 0 ? add(~b, 1) : b;
//计算绝对值的乘积
int P = 0;
while (B != 0) {
if ((B & 1) != 0) { //取乘数的二进制的最后一位,0 or 1
P = add(P, A);
}
A = A << 1;
B = B >> 1;
}
//计算乘积的符号
if ((a ^ b) < 0) {
P = add(~P, 1);
}
return P;
}
四、除法
最简单的除法实现就是不停的用除数去减被除数,直到被除数小于除数时,此时所减的次数就是我们需要的商,而此时的被除数就是余数。
唯一需要注意的就是商的符号和余数的符号。商的符号确定方式也乘法是一样,即同号为正,异号为负。而余数的符号和被除数的符号是一样的。
和简单的乘法实现一样,这里我们要先对两数的绝对值求商,求余数。最后再确定符号。
public static int[] divide(int a, int b) {
//对被除数和除数取绝对值
int A = a < 0 ? add(~a, 1) : a;
int B = b < 0 ? add(~b, 1) : b;
//对被除数和除数的绝对值求商
int C = A; // 余数C
int N = 0; // 商N
while (C >= B) {
C = minus(C, B); // C-B
N = add(N, 1); // N+1
}
// 求商的符号
if ((a ^ b) < 0) {
N = add(~N, 1);
}
// 求余数的符合
if (a < 0) {
C = add(~C, 1);
}
return new int[]{N, C};
}
需要指出的是,这种算法在A很大、B很小的情况下效率很低,那该如何优化算法减少while循环的次数呢?
不难想到,除法是由乘法的过程逆推而来的。例如 9÷4=2...1,也就是2*4+1=9。假设用9去减4*2,可以得出结果等于1,因为1小于4,那么就可以得出9÷4的商是2,余数是1。
如何确定4的倍数是逼近最终结果的关键。我们知道,int 整型有32位,除首位表示符号位,每一位的大小是 [2^0, 2^1, 2^2, , , 2^30],最大的int整数是2^31-1。所以,我们可以依次将被除数与2^31, 2^30, ...2^3, 2^2, 2^1, 1相乘,如果除数大于它们的乘积,除数就与之相减,并用相减得到的余数继续作为除数,直到循环结束。
java代码:
public static int[] divide(int a, int b) {
// 对被除数和除数取绝对值
int A = a < 0 ? add(~a, 1) : a;
int B = b < 0 ? add(~b, 1) : b;
int N = 0; // 商 N
for (int i = 31; i >= 0; i--) {
// 未使用A>=(B<<i)进行判断,因为只有左移B时舍弃的高位不包含1,才相当于该数乘以2的i次方.
if ((A >> i) >= B) { // A ÷ 2^i >= B
N += (1 << i); // N = N + 2^i
A -= (B << i); // A = A - B*2^i
}
}
int C = A; // 余数C
// 求商的符号
if ((a ^ b) < 0) {
N = add(~N, 1);
}
// 求余数的符号
if (a < 0) {
C = add(~C, 1);
}
return new int[]{N, C};
}
Java位运算实现加减乘除四则运算的更多相关文章
- 用Java位运算实现加减乘除四则运算
转载请注明原文地址:http://www.cnblogs.com/ygj0930/p/6412875.html 感谢博客:http://blog.csdn.net/itismelzp/article/ ...
- Java位运算实现加减乘除
一.加法 a+b 举例实现:13+9=22 13+9不考虑进位结果为12 只考虑进位结果为10 和刚好是22. 13二进制为1101,9二进制为1001. 不考虑进位结果为0100.算式为a^b 只考 ...
- 位运算实现加减乘除四则运算(Java)
[本文版权归微信公众号"代码艺术"(ID:onblog)所有,若是转载请务必保留本段原创声明,违者必究.若是文章有不足之处,欢迎关注微信公众号私信与我进行交流!] 本文是继< ...
- Java位运算总结:位运算用途广泛《转》
前天几天研究了下JDK的Collection接口,本来准备接着研究Map接口,可是一查看HashMap类源码傻眼咯,到处是位运算实现,所以我觉得还是有必要先补补位运算知识,不然代码看起来有点费力.今天 ...
- Java位运算总结:位运算用途广泛
前天几天研究了下JDK的Collection接口,本来准备接着研究Map接口,可是一查看HashMap类源码傻眼咯,到处是位运算实现,所以我觉得还是有必要先补补位运算知识,不然代码看起来有点费力.今天 ...
- 我们必须要了解的Java位运算(不仅限于Java)
本文原创地址为 https://www.cnblogs.com/zh94/p/16195373.html 原创声明:作者:陈咬金. 博客地址:https://www.cnblogs.com/zh94/ ...
- Java 位运算2-LeetCode 201 Bitwise AND of Numbers Range
在Java位运算总结-leetcode题目博文中总结了Java提供的按位运算操作符,今天又碰到LeetCode中一道按位操作的题目 Given a range [m, n] where 0 <= ...
- Java位运算原理及使用讲解
前言日常开发中位运算不是很常用,但是巧妙的使用位运算可以大量减少运行开销,优化算法.举个例子,翻转操作比较常见,比如初始值为1,操作一次变为0,再操作一次变为1.可能的做法是使用三木运算符,判断原始值 ...
- (转)java位运算
转自:http://aijuans.iteye.com/blog/1850655 Java 位运算(移位.位与.或.异或.非) public class Test { public static ...
随机推荐
- 迁移学习(Transformer),面试看这些就够了!(附代码)
1. 什么是迁移学习 迁移学习(Transformer Learning)是一种机器学习方法,就是把为任务 A 开发的模型作为初始点,重新使用在为任务 B 开发模型的过程中.迁移学习是通过从已学习的相 ...
- Linux 下用C语言连接 sqlite
1.在 /home/ 新建一个文件夹名为 sqlite #cd /home #mkdir sqlite 2.编写C语言代码,名称为 sql.c,代码如下 // name: sql.c // This ...
- 【JS档案揭秘】第二集 Event loop与执行栈
我时常在思考关于JS的很多知识在工作中有什么用?是否只能存在于面试这种理论性的东西中,对于我们的业务和工作,它们又能扮演怎样的角色.以后在JS档案揭秘的每一期里,都会加入我对于业务的思考,让这些知识不 ...
- 《大牛到底是如何阅读JDK源码的?》一起来学习一下
前言: 如何阅读源码,是每个程序员需要面临的一项挑战,为什么需要阅读源码?从实用性的角度来看,主要有三个目的: 第一,解决手头的新问题或者新需求; 第二,真正理解一部分理论的落地实现; 第三,应对面试 ...
- Oracle中的日期函数
(一)查询系统的当前日期用sysdate,用法如下: select sysdate from dual 日期操作的三个格式: 日期-数字=日期 日期+=日期 日期-日期=数字(天数) (二)常用的日期 ...
- 【Spring Boot】利用 Spring Boot Admin 进行项目监控管理
利用 Spring Boot Admin 进行项目监控管理 一.Spring Boot Admin 是什么 Spring Boot Admin (SBA) 是一个社区开源项目,用于管理和监视 Spri ...
- Zabbix监控华为路由器配置
zabbix监控华为路由器 一.配置路由器界面: 开启snmpv2c功能,同时勾选v2c版本(不要勾v1,不安全,其实v2也不安全,如果很注重安全的话,一定要只配置v3). 手里没有路由器登录账号,大 ...
- java 程序执行顺序之继承
1.首先会初始化父类,因为没有父类子类也无从谈起.第一步初始化static 变量 或者 静态初始化话块 2.初始化子类的static 变量 或者 静态初始化块 3.顺序初始化父类普通变量 或者 父类普 ...
- vue结合element-ui做简单版todolist
结合element-ui首先需要npm安装element-ui npm i element-ui -S: 然后在入口文件中引入: import ElementUI from 'element-ui'; ...
- python学习——列表生成式,生成器和迭代器
列表生成式 列表生成式,是python内置的非常简单却强大的可以用来创建list的生成式.它可以极大的简化语句. """列表生成式""" # ...